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Quel temps fera-t-il dans 59 ans ?

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Academic year: 2022

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(1)

Quel temps fera-t-il dans 59 ans ?

Julien Cattiaux

Centre National de Recherches Météorologiques (UMR CNRS/Météo-France) [email protected]|@julienc4ttiaux

Toulouse | 8 juin 2017

(2)

Préambule

Arnaud

Cela nous ferait énormément plaisir, et plus encore à ton père, que tu sois présent et nous donnes un exposé sur tes travaux.

J'y participerai avec plaisir, même si j'ai un peu peur de parler climatMoi devant des matheux.. on fait les choses avec les mains en physique tu sais !

Arnaud

Aucun souci à te faire, tu ne peux pas imaginer le nombre de trucs qu'on fait avec les mains aussi ! (bon, pas ton père.. quoique..)

(3)

Préambule

Arnaud

Cela nous ferait énormément plaisir, et plus encore à ton père, que tu sois présent et nous donnes un exposé sur tes travaux.

J'y participerai avec plaisir, même si j'ai un peu peur de parler climatMoi devant des matheux.. on fait les choses avec les mains en physique tu sais !

Arnaud

Aucun souci à te faire, tu ne peux pas imaginer le nombre de trucs qu'on fait avec les mains aussi ! (bon, pas ton père.. quoique..)

(4)

Préambule

Arnaud

Cela nous ferait énormément plaisir, et plus encore à ton père, que tu sois présent et nous donnes un exposé sur tes travaux.

J'y participerai avec plaisir, même si j'ai un peu peur de parler climatMoi devant des matheux.. on fait les choses avec les mains en physique tu sais !

Arnaud

Aucun souci à te faire, tu ne peux pas imaginer le nombre de trucs qu'on fait avec les mains aussi ! (bon, pas ton père.. quoique..)

(5)

Préambule

Arnaud

Cela nous ferait énormément plaisir, et plus encore à ton père, que tu sois présent et nous donnes un exposé sur tes travaux.

J'y participerai avec plaisir, même si j'ai un peu peur de parler climatMoi devant des matheux.. on fait les choses avec les mains en physique tu sais !

Arnaud

Aucun souci à te faire, tu ne peux pas imaginer le nombre de trucs qu'on fait avec les mains aussi ! (bon, pas ton père.. quoique..)

(6)

Préambule

Arnaud

Cela nous ferait énormément plaisir, et plus encore à ton père, que tu sois présent et nous donnes un exposé sur tes travaux.

J'y participerai avec plaisir, même si j'ai un peu peur de parler climatMoi devant des matheux.. on fait les choses avec les mains en physique tu sais !

Arnaud

Aucun souci à te faire, tu ne peux pas imaginer le nombre de trucs qu'on fait avec les mains aussi ! (bon, pas ton père.. quoique..)

(7)

Météo et climat

Modélisation du système climatique

Évolution récente du climat et projections futures

(8)

Météo et climat

Modélisation du système climatique

Évolution récente du climat et projections futures

(9)

Météo et climat : une dénition

Aujourd'hui, à Toulouse, il fait28C: c'est lamétéo.

Mais d'autres T auraient été possibles (cf. le passé).

Température à Toulouse le 8 juin

Temperature (°C)

2017 2017 20172017 2017 201720172017 2017

10 15 20 25 30 35

Tracé à partir des données Météo-France (19472017).

Le climat est la distribution de proba de la météo.

(10)

Météo et climat : une dénition

Aujourd'hui, à Toulouse, il fait28C: c'est lamétéo.

Mais d'autres T auraient été possibles (cf. le passé).

Température à Toulouse le 8 juin

Temperature (°C) 2016 2016 2016201620162016201620162016201720172017201720172017201720172017

10 15 20 25 30 35

Tracé à partir des données Météo-France (19472017).

Le climat est la distribution de proba de la météo.

(11)

Météo et climat : une dénition

Aujourd'hui, à Toulouse, il fait28C: c'est lamétéo.

Mais d'autres T auraient été possibles (cf. le passé).

Température à Toulouse le 8 juin

Temperature (°C)

2015 2015 20152015 2015 201520152015 20172015 2017 20172017 2017 201720172017 2017

10 15 20 25 30 35

Tracé à partir des données Météo-France (19472017).

Le climat est la distribution de proba de la météo.

(12)

Météo et climat : une dénition

Aujourd'hui, à Toulouse, il fait28C: c'est lamétéo.

Mais d'autres T auraient été possibles (cf. le passé).

Température à Toulouse le 8 juin

Temperature (°C)

2014 2014 20142014 2014 201420142014 20142017 2017 20172017 2017 201720172017 2017

10 15 20 25 30 35

Tracé à partir des données Météo-France (19472017).

Le climat est la distribution de proba de la météo.

(13)

Météo et climat : une dénition

Aujourd'hui, à Toulouse, il fait28C: c'est lamétéo.

Mais d'autres T auraient été possibles (cf. le passé).

Température à Toulouse le 8 juin

Temperature (°C) 2013

2013 20132013 2013 201320132013

2013 201720172017201720172017201720172017

10 15 20 25 30 35

Tracé à partir des données Météo-France (19472017).

Le climat est la distribution de proba de la météo.

(14)

Météo et climat : une dénition

Aujourd'hui, à Toulouse, il fait28C: c'est lamétéo.

Mais d'autres T auraient été possibles (cf. le passé).

Température à Toulouse le 8 juin

Temperature (°C)

2015 2015 20152015 20152015201520152015 2002

2002 20022002

20022002200220022002 201720172017201720172017201720172017

10 15 20 25 30 35

Tracé à partir des données Météo-France (19472017).

Le climat est la distribution de proba de la météo.

(15)

Météo et climat : une dénition

Aujourd'hui, à Toulouse, il fait28C: c'est lamétéo.

Mais d'autres T auraient été possibles (cf. le passé).

Température à Toulouse le 8 juin

Temperature (°C)

2015 2015 20152015 20152015201520152015 2002

2002 20022002

20022002200220022002 201720172017201720172017201720172017

10 15 20 25 30 35

Tracé à partir des données Météo-France (19472017).

Leclimatest la distribution de proba de lamétéo.

(16)

Les fameuses normales de saison

Au premier ordre, le climat peut être décrit par sa moyenne : la normale.

Exemple : Météo-France moyenne actuellement sur 19812010.

Source : site public de Météo-France, ongletclimat.

(17)

La météo n'est jamais normale

T max quotidienne à Toulouse en 20162017 Températures maximales quotidiennes

1er janvier 2016 au 6 juin 2017 TOULOUSE−BLAGNAC (31 069 001)

N.B. : La vente, redistribution ou rediffusion des informations reçues, en l’état ou sous forme de produits dérivés, est strictement interdite sans l’accord de METEO−FRANCE

Edité le : 06/06/2017 Données du : 06/06/2017 15:35 UTC

Météo−France − DCSC

42 avenue Gustave Coriolis 31057 Toulouse Cedex Source : Météo-France.

À la normale se superpose lavariabilitéclimatique.

(18)

Prévision météo et projection climatique

Prévision météo : déterminer une trajectoire.

Importance desconditions initiales(eet papillon, limite théorique à qq jours).

Projection climatique : estimer une distribution.

Importance des grands équilibres physiques (conservation énergie, masse, etc.).

Exemple : Quelle T fera-t-il le 8 juin 2018 ? Aucune idée.

Exemple : À quelle T peut-on s'attendre le 8 juin 2018 ? Cf. distribution bleue.

(19)

Prévision météo et projection climatique

Prévision météo : déterminer une trajectoire.

Importance desconditions initiales(eet papillon, limite théorique à qq jours).

Projection climatique : estimer une distribution.

Importance desgrands équilibres physiques(conservation énergie, masse, etc.).

Exemple : Quelle T fera-t-il le 8 juin 2018 ? Aucune idée.

Exemple : À quelle T peut-on s'attendre le 8 juin 2018 ? Cf. distribution bleue.

(20)

Prévision météo et projection climatique

Prévision météo : déterminer une trajectoire.

Importance desconditions initiales(eet papillon, limite théorique à qq jours).

Projection climatique : estimer une distribution.

Importance desgrands équilibres physiques(conservation énergie, masse, etc.).

Exemple : Quelle T fera-t-il le 8 juin 2018 ? Aucune idée.

Exemple : À quelle T peut-on s'attendre le 8 juin 2018 ? Cf. distributionbleue.

Température à Toulouse le 8 juin

Temperature (°C)

2015 2015 20152015 20152015201520152015 2002

2002 20022002

20022002200220022002 201720172017201720172017201720172017

10 15 20 25 30 35

Tracé à partir des données Météo-France (19472017).

(21)

Météo et climat

Modélisation du système climatique

Évolution récente du climat et projections futures

(22)

Système climatique et bilan d'énergie

Atmosphère $ Océans $ Cryosphère $ Continents $ Biosphère

I Énergie entrante : rayonnement solaire arrivant sur un disque (R2).

Une fraction est rééchie (albédo planétaire).

I Énergie sortante : rayonnement infra-rouge émis par une sphère (4R2).

À l'équilibre : Esolaire=Einfra rouge N.B. On néglige le ux géothermique ( 1000 plus petit).

(23)

Système climatique et bilan d'énergie

Atmosphère $ Océans $ Cryosphère $ Continents $ Biosphère

Rayonnement solaire

I Énergie entrante: rayonnement solairearrivant sur un disque (R2).

Une fraction est rééchie (albédoplanétaire).

I Énergie sortante : rayonnement infra-rouge émis par une sphère (4R2).

À l'équilibre : Esolaire=Einfra rouge N.B. On néglige le ux géothermique ( 1000 plus petit).

(24)

Système climatique et bilan d'énergie

Atmosphère $ Océans $ Cryosphère $ Continents $ Biosphère

Rayonnement

solaire Rayonnement

infra-rouge

I Énergie entrante: rayonnement solairearrivant sur un disque (R2).

Une fraction est rééchie (albédoplanétaire).

I Énergie sortante: rayonnement infra-rougeémis par une sphère (4R2).

À l'équilibre : Esolaire=Einfra rouge N.B. On néglige le ux géothermique ( 1000 plus petit).

(25)

Système climatique et bilan d'énergie

Atmosphère $ Océans $ Cryosphère $ Continents $ Biosphère

Rayonnement

solaire Rayonnement

infra-rouge

I Énergie entrante: rayonnement solairearrivant sur un disque (R2).

Une fraction est rééchie (albédoplanétaire).

I Énergie sortante: rayonnement infra-rougeémis par une sphère (4R2).

À l'équilibre : Esolaire=Einfra rouge N.B.On néglige le ux géothermique ( 1000 plus petit).

(26)

Un premier modèle de T

s

Surface Rayonnement solaire arrivant

(une partie est réfléchie)

Rayonnement infra-rouge repartant vers l'espace S0 / 4

α S0 / 4 σ Te4

σ Ts4 (1 - α) S0 / 4

Esolaire= (1 )S0=4=Einfra rouge =Te4,

avecalbédo planétaire (0:3),S0constante solaire (1368 W.m2) etconstante de Stefan-Boltzmann (5:67 10 8W.m 2.K 4).

T

s

= T

e

= 255 K.

(C'est froid.)

(27)

Un premier modèle de T

s

Surface Rayonnement solaire arrivant

(une partie est réfléchie)

Rayonnement infra-rouge repartant vers l'espace S0 / 4

α S0 / 4 σ Te4

σ Ts4 (1 - α) S0 / 4

Esolaire= (1 )S0=4=Einfra rouge =Te4,

avecalbédo planétaire (0:3),S0constante solaire (1368 W.m2) etconstante de Stefan-Boltzmann (5:67 10 8W.m 2.K 4).

T

s

= T

e

= 255 K.

(C'est froid.)

(28)

Un premier modèle de T

s

Surface Rayonnement solaire arrivant

(une partie est réfléchie)

Rayonnement infra-rouge repartant vers l'espace S0 / 4

α S0 / 4 σ Te4

σ Ts4 (1 - α) S0 / 4

Esolaire= (1 )S0=4=Einfra rouge =Te4,

avecalbédo planétaire (0:3),S0constante solaire (1368 W.m2) etconstante de Stefan-Boltzmann (5:67 10 8W.m 2.K 4).

T

s

= T

e

= 255 K.

(C'est froid.)

(29)

L'eet de serre

La température [de surface] peut être augmentée par l'interposition de l'atmosphère, parce que la chaleur trouve moins d'obstacle pour pénétrer l'air, étant à l'état de lumière, qu'elle n'en trouve pour repasser dans l'air lorsqu'elle est convertie en chaleur obscure.

J.-B.-J. Fourier (17681830)

Remarques générales sur les températures du globe terrestre et des espaces planétaires (Annales de Chimie et de Physique, 1824).

(30)

L'eet de serre

La température [de surface] peut être augmentée par l'interposition de l'atmosphère, parce que la chaleur trouve moins d'obstacle pour pénétrer l'air, étant à l'état de lumière, qu'elle n'en trouve pour repasser dans l'air lorsqu'elle est convertie en chaleur obscure.

J.-B.-J. Fourier (17681830)

Remarques générales sur les températures du globe terrestre et des espaces planétaires (Annales de Chimie et de Physique, 1824).

(31)

Les gaz à eet de serre (GES)

Aqueous vapour is an invisible gas [. . . ] [but] no doubt can exist on the extraordinary opacity of this substance to the rays of obscure heat.

Similar remarks would apply to the carbonic acid diused through the air [and] any of the stronger hydrocarbon vapours.

J. Tyndall (18201893)

Extraits deOn the Absorption and Radiation of Heat by Gases and Vapours(1859) etOn radiation through the Earth's atmosphere(1863).

(32)

Un modèle avec atmosphère simpliée

Surface Rayonnement solaire arrivant

(une partie est réfléchie)

Rayonnement infra-rouge repartant vers l'espace S0 / 4

α S0 / 4 σ Te4

σ Ts4 (1 - α) S0 / 4

Atmosphère

σ Te4

i.e. transparente ausolaire, opaque à l'infra-rouge, et de T uniforme.

Esolaire= (1 )S0=4=Einfra rouge =Te4,

T

s4

= 2T

e4

) T

s

= 1:19T

e

= 303 K.

(C'est chaud.)

(33)

Un modèle avec atmosphère simpliée

Surface Rayonnement solaire arrivant

(une partie est réfléchie)

Rayonnement infra-rouge repartant vers l'espace S0 / 4

α S0 / 4 σ Te4

σ Ts4 (1 - α) S0 / 4

Atmosphère

σ Te4

i.e. transparente ausolaire, opaque à l'infra-rouge, et de T uniforme.

Esolaire= (1 )S0=4=Einfra rouge =Te4,

T

s4

= 2T

e4

) T

s

= 1:19T

e

= 303 K.

(C'est chaud.)

(34)

Limites du modèle à une vitre

Surface Rayonnement solaire arrivant

(une partie est réfléchie)

Rayonnement infra-rouge repartant vers l'espace S0 / 4

α S0 / 4 σ Te4

σ Ts4 (1 - α) S0 / 4

Atmosphère

σ Te4

I Atmosphère pas complètement transparente au rayonnement solaire.

Absorption (SA 70 W.m 2).

I Atmosphère pas complètement opaque au rayonnement terrestre.

Fenêtre atmosphérique (Fa 40 W.m 2).

I Surface ne fait pas qu'émettre du rayonnement.

Flux de chaleur latente et sensible (FT 100 W.m 2).

I Température de l'atmosphère non-homogène.

Dans la troposphère, la température décroît avec l'altitude.

(35)

Limites du modèle à une vitre

Surface Rayonnement solaire arrivant

(une partie est réfléchie)

Rayonnement infra-rouge repartant vers l'espace S0 / 4

α S0 / 4

σ Ts4 (1 - α) S0 / 4 - SA

Atmosphère SA

σ Te4

σ Te4

I Atmosphère pas complètement transparente au rayonnement solaire.

Absorption (SA 70 W.m 2).

I Atmosphère pas complètement opaque au rayonnement terrestre.

Fenêtre atmosphérique (Fa 40 W.m 2).

I Surface ne fait pas qu'émettre du rayonnement.

Flux de chaleur latente et sensible (FT 100 W.m 2).

I Température de l'atmosphère non-homogène.

Dans la troposphère, la température décroît avec l'altitude.

(36)

Limites du modèle à une vitre

Surface Rayonnement solaire arrivant

(une partie est réfléchie)

Rayonnement infra-rouge repartant vers l'espace S0 / 4

α S0 / 4

σ Ts4 (1 - α) S0 / 4 - SA

Atmosphère SA

σ Te4 Fa

σ Te4

I Atmosphère pas complètement transparente au rayonnement solaire.

Absorption (SA 70 W.m 2).

I Atmosphère pas complètement opaque aurayonnement terrestre.

Fenêtre atmosphérique (Fa 40 W.m 2).

I Surface ne fait pas qu'émettre du rayonnement.

Flux de chaleur latente et sensible (FT 100 W.m 2).

I Température de l'atmosphère non-homogène.

Dans la troposphère, la température décroît avec l'altitude.

(37)

Limites du modèle à une vitre

Surface Rayonnement solaire arrivant

(une partie est réfléchie)

Rayonnement infra-rouge repartant vers l'espace S0 / 4

α S0 / 4

σ Ts4 (1 - α) S0 / 4 - SA

Atmosphère SA

σ Te4 Fa

FT

σ Te4

I Atmosphère pas complètement transparente au rayonnement solaire.

Absorption (SA 70 W.m 2).

I Atmosphère pas complètement opaque aurayonnement terrestre.

Fenêtre atmosphérique (Fa 40 W.m 2).

I Surface ne fait pas qu'émettre du rayonnement.

Flux dechaleur latente et sensible(FT 100 W.m 2).

I Température de l'atmosphère non-homogène.

Dans la troposphère, la température décroît avec l'altitude.

(38)

Limites du modèle à une vitre

Surface Rayonnement solaire arrivant

(une partie est réfléchie)

Rayonnement infra-rouge repartant vers l'espace S0 / 4

α S0 / 4

σ Ts4 (1 - α) S0 / 4 - SA

Atmosphère SA

σ Ta4 (Ta > Te) Fa

FT

σ Te4

I Atmosphère pas complètement transparente au rayonnement solaire.

Absorption (SA 70 W.m 2).

I Atmosphère pas complètement opaque aurayonnement terrestre.

Fenêtre atmosphérique (Fa 40 W.m 2).

I Surface ne fait pas qu'émettre du rayonnement.

Flux dechaleur latente et sensible(FT 100 W.m 2).

I Température de l'atmosphère non-homogène.

Dans la troposphère, la température décroît avec l'altitude.

(39)

Modèles 1D de climat

Energy Balance Model CE@Ts

@t = (1 p)S0

4 aTs4

avec CE capacité calorique eective et atransmissivité de l'atmosphère, paramètres estimés empiriquement à partir des observations disponibles.

Exemplede réponse en Ts à : un quadruplement abrupt de [CO2] un scénario 1 % [CO2].

Source : Georoy et al. (2013).

(40)

Tout ceci n'est pas nouveau. . .

If the quantity of carbonic acid increases in geometric progression, the augmentation of the temperature will increase nearly in arithmetic progression.

On the Inuence of Carbonic Acid in the Air Upon the Temperature of the Ground(Philosophical Magazine and Journal of Science, 1896).

S. Arrhenius (18591927)

(41)

Modèles 3D de climat

1. On sépare et discrétise les composantes du système.

2. On décrit les composantes et leurs interactions par des équations physiques.

3. Selon l'utilisation, on donne d'information en entrée du modèle.

Topographie/bathymétrie, irradiance solaire, composition de l'atmosphère, etc.

4. On résout le tout numériquement.

(42)

Modèles 3D de climat

1. On sépare et discrétise les composantes du système.

2. On décrit les composantes et leurs interactions par des équations physiques.

3. Selon l'utilisation, on donne d'information en entrée du modèle.

Topographie/bathymétrie, irradiance solaire, composition de l'atmosphère, etc.

4. On résout le tout numériquement.

Exemplesde structure (CNRM) et de grille atmosphérique (IPSL)

(43)

Modèles 3D de climat

1. On sépare et discrétise les composantes du système.

2. On décrit les composantes et leurs interactions par des équations physiques.

3. Selon l'utilisation, on donne d'information en entrée du modèle.

Topographie/bathymétrie, irradiance solaire, composition de l'atmosphère, etc.

4. On résout le tout numériquement.

Exemplesde structure (CNRM) et de grille atmosphérique (IPSL)

(44)

Modèles 3D de climat

1. On sépare et discrétise les composantes du système.

2. On décrit les composantes et leurs interactions par des équations physiques.

3. Selon l'utilisation, on donne d'information en entrée du modèle.

Topographie/bathymétrie, irradiance solaire, composition de l'atmosphère, etc.

4. On résout le tout numériquement.

Exemplesde structure (CNRM) et de grille atmosphérique (IPSL)

(45)

Modèles 3D de climat

1. On sépare et discrétise les composantes du système.

2. On décrit les composantes et leurs interactions par des équations physiques.

3. Selon l'utilisation, on donne d'information en entrée du modèle.

Topographie/bathymétrie, irradiance solaire, composition de l'atmosphère, etc.

4. On résout le tout numériquement.

Exemplesde structure (CNRM) et de grille atmosphérique (IPSL)

(46)

Mise en équations

Exemple de l'atmosphère Équations du mouvement(Σ~F=m~a)

@~v

@t +~v:~r~v= 1

~rp ~g+~Ffric 2~Ω ~v Conservation de la masse

@

@t = ~r:(~v) Conservation de l'eau

@q

@t = ~r:(~vq) +(E C) Conservation de l'énergie

Q=CpdT dt

1

dp dt Équation d'état

p=RgT

+Approximations e.g. hydrostatique.

+Paramétrisations phénomènes sous-mailles.

(47)

Démarche d'évaluation

Confrontation permanente des modèles aux observations disponibles.

(état moyen + variabilité, climats actuel et passés)

Exemple des normales de température et de précipitations :

Observations Modèles

DonnéesCRU19611990 etCMIP5(ensemble de 38 GCMs).

(48)

Démarche d'évaluation

Confrontation permanente des modèles aux observations disponibles.

(état moyen + variabilité, climats actuel et passés)

Exemple des normales de température et de précipitations :

Observations Modèles

DonnéesCRU19611990 etCMIP5(ensemble de 38 GCMs).

(49)

Démarche d'évaluation

Confrontation permanente des modèles aux observations disponibles.

(état moyen + variabilité, climats actuel et passés)

Exemple des normales de température et de précipitations :

Observations Modèles

DonnéesGPCP19812010 etCMIP5(ensemble de 38 GCMs).

(50)

Météo et climat

Modélisation du système climatique

Évolution récente du climat et projections futures

(51)

Comment perturber le bilan d'énergie ?

Rappel

∆R=(1 )S0=4 Te4 (∆R=0 à l'équilibre).

Surface Rayonnement solaire

net

Rayonnement infra-rouge repartant vers l'espace

σ Te4 (1 - α) S0 / 4

Atmosphère

(52)

Comment perturber le bilan d'énergie ?

Rappel

∆R=(1 )S0=4 Te4 (∆R=0 à l'équilibre).

Surface Rayonnement solaire

net

Rayonnement infra-rouge repartant vers l'espace

σ Te4 (1 - α) S

0 / 4

Atmosphère

SiS0 augmente (irradiance solaire),∆R > 0 et Ts %.

104 106a : variations de l'orbite terrestre(cycles glaciaires).

100 102a : variations de l'activité solaire(cycles à 11 ans).

(53)

Comment perturber le bilan d'énergie ?

Rappel

∆R=(1 )S0=4 Te4 (∆R=0 à l'équilibre).

Surface Rayonnement solaire

net

Rayonnement infra-rouge repartant vers l'espace

σ Te4 (1 - α) S0 / 4

Atmosphère

(54)

Comment perturber le bilan d'énergie ?

Rappel

∆R=(1 )S0=4 Te4 (∆R=0 à l'équilibre).

Surface Rayonnement solaire

net

Rayonnement infra-rouge repartant vers l'espace

σ Te4 (1 - α) S

0 / 4

Atmosphère

Siaugmente (e.g. aérosols, déforestation),∆R < 0 et Ts &.

particules en suspension dans l'atmosphère.

! Naturels : poussières volcaniques, désertiques, feux de forêts, etc.

! Anthropiques : combustion fossile, feux de forêts, etc.

(55)

Comment perturber le bilan d'énergie ?

Rappel

∆R=(1 )S0=4 Te4 (∆R=0 à l'équilibre).

Surface Rayonnement solaire

net

Rayonnement infra-rouge repartant vers l'espace

σ Te4 (1 - α) S0 / 4

Atmosphère

(56)

Comment perturber le bilan d'énergie ?

Rappel

∆R=(1 )S0=4 Te4 (∆R=0 à l'équilibre).

Surface Rayonnement solaire

net

Rayonnement infra-rouge repartant vers l'espace

σ Te4 (1 - α) S0 / 4

Atmosphère GES++

Si les concentrations de GES augmentent, Te diminue,∆R > 0 et Ts %.

Or elles augmentent. . .

(57)

Évolution observée de la concentration de CO

2

Le CO2 est présent à l'étatnaturel, mais son augmentation récente de 280 à 400 ppm estanthropique.

Depuis 59 ans

Source : Mesures àMauna Loa.

Depuis 20 000 ans

Adapté de l'IPCC AR4 (2007) Fig. 6.4.

(58)

Émissions vs. concentrations

Environ 60 % desémissionsanthropiques de l'ère industrielle ont été absorbées par les océans et continents.

Source : PrésentationGlobal Carbon Budget 2016(contient émissions par pays, etc.).

(59)

Synthèse des perturbations depuis 1750

Effective Radiative Forcing [W.m−2]

1750 1800 1850 1900 1950 2000

−4

−2 0 2

Positive Forcings Solar

Tracé à partir des données fournies par F.M. Bréon (LSCE).

Les activités humaines induisent un excès d'énergie ( 2:3 W.m-2auj.).

(60)

Synthèse des perturbations depuis 1750

Effective Radiative Forcing [W.m−2]

1750 1800 1850 1900 1950 2000

−4

−2 0 2

Positive Forcings Solar + GHG

Tracé à partir des données fournies par F.M. Bréon (LSCE).

Les activités humaines induisent un excès d'énergie ( 2:3 W.m-2auj.).

(61)

Synthèse des perturbations depuis 1750

Effective Radiative Forcing [W.m−2]

1750 1800 1850 1900 1950 2000

−4

−2 0 2

Positive Forcings Solar + GHG

Negative Forcings Aerosol (NAT)

Tracé à partir des données fournies par F.M. Bréon (LSCE).

Les activités humaines induisent un excès d'énergie ( 2:3 W.m-2auj.).

(62)

Synthèse des perturbations depuis 1750

Effective Radiative Forcing [W.m−2]

1750 1800 1850 1900 1950 2000

−4

−2 0 2

Positive Forcings Solar + GHG

Negative Forcings Aerosol (NAT) + Aerosol (ANT)

Tracé à partir des données fournies par F.M. Bréon (LSCE).

Les activités humaines induisent un excès d'énergie ( 2:3 W.m-2auj.).

(63)

Synthèse des perturbations depuis 1750

Effective Radiative Forcing [W.m−2]

1750 1800 1850 1900 1950 2000

−4

−2 0 2

Positive Forcings Solar + GHG

Negative Forcings Aerosol (NAT) + Aerosol (ANT) + Land−use

Tracé à partir des données fournies par F.M. Bréon (LSCE).

Les activités humaines induisent un excès d'énergie ( 2:3 W.m-2auj.).

(64)

Synthèse des perturbations depuis 1750

Effective Radiative Forcing [W.m−2]

1750 1800 1850 1900 1950 2000

−4

−2 0 2

Total

Anthropogenic contribution

Tracé à partir des données fournies par F.M. Bréon (LSCE).

Les activités humaines induisent un excès d'énergie ( 2:3 W.m-2auj.).

(65)

Rétroactions

Principe

En modiant le bilan d'énergie, on modie le système. . . . . . et on modie le bilan d'énergie en retour.

À notre échelle, les principales rétroactions sont toutes positives :

- Vapeur d'eau : un air plus chaud peut contenir plus de vapeur d'eau (GES).

- Cryosphère : en fondant, la glace/neige devient moins rééchissante.

- Nuages : plus compliqué, changements de répartition dans l'atmosphère.

Par exemple, si la concentration de CO2 est brusquement doublée :

- La température s'élève rapidement de 1:1C (réponse de Planck).

- Puis les rétroactions ajoutent 1:9C (1:5) supplémentaires. Estimations tirées de Dufresne and Bony (2008).

(66)

Rétroactions

Principe

En modiant le bilan d'énergie, on modie le système. . . . . . et on modie le bilan d'énergie en retour.

À notre échelle, les principales rétroactions sont toutes positives:

- Vapeur d'eau: un air plus chaud peut contenir plus de vapeur d'eau (GES).

- Cryosphère: en fondant, la glace/neige devient moins rééchissante.

- Nuages: plus compliqué, changements de répartition dans l'atmosphère.

Par exemple, si la concentration de CO2 est brusquement doublée :

- La température s'élève rapidement de 1:1C(réponse de Planck).

- Puis les rétroactions ajoutent 1:9C (1:5)supplémentaires. Estimations tirées de Dufresne and Bony (2008).

(67)

Conséquence : un réchauement global

Ceréchauement est observé et se superpose à lavariabilité interne.

! Entre 18501900 et 20032012, on estimeTs=0:78 0:07 K.

Observations de T moyenne globale annuelle

Source : IPCC AR5 (2013) Fig. 2.20.

(68)

De multiples indicateurs

L'excès d'énergiese retrouve dans toutes les composantes.

! Réchauement de surface, élévation du niveau marin, fonte de la cryosphère, etc.

Land surface air temperature: 4 datasets Anomaly (°C)

Sea-surface temperature: 5 datasets Anomaly (°C)

Sea level: 6 datasets Anomaly (mm)

Summer arctic sea-ice extent: 6 datasets Extent (106km2)

1850 1900 1950 2000 1850 1900 1950 2000

Adapté de l'IPCC AR5 (2013) FAQ 2.1 Fig. 1.

(69)

Planète B

Avec les modèles de climat, on peut rejouer le climat de l'ère industrielleavec etsansles perturbations anthropiques (GES, aérosols, etc.).

Exemple :T moyenne globale annuelle (obs en noir)

a b c

Adapté de l'IPCC AR4 (2007) Figure 9.5.

(70)

Et dans le futur ?

c xkcd.com

(71)

Et dans le futur ?

1. L'évolution future du climat dépend de la composition de l'atmosphère.

2. La composition de l'atmosphère dépend des activités humaines.

! Les projections climatiques reposent sur des scénarii socio-économiques.

(72)

Et dans le futur ?

1. L'évolution future du climat dépend de la composition de l'atmosphère.

2. La composition de l'atmosphère dépend des activités humaines.

! Les projections climatiques reposent sur des scénarii socio-économiques.

(73)

Et dans le futur ?

1. L'évolution future du climat dépend de la composition de l'atmosphère.

2. La composition de l'atmosphère dépend des activités humaines.

! Les projections climatiques reposent sur des scénarii socio-économiques.

(74)

Et dans le futur ?

1. L'évolution future du climat dépend de la composition de l'atmosphère.

2. La composition de l'atmosphère dépend des activités humaines.

! Les projections climatiques reposent sur des scénarii socio-économiques.

Scénarii de concentrations & émissions compatibles Forçage radiatif résultant

Source : IPCC AR5 (2013) Fig. TS19 & Meinhausen et al. (2011).

(75)

Selon le scénario, un climat à la carte

Obs* RCP 2.6** RCP 8.5**

ΔT (K) 0.61 ± 0.06 1.0 ± 0.7 3.7 ± 1.1 ΔSL (m) 0.19 ± 0.02 0.40 ± 0.15 0.63 ± 0.18

* Δ Obs : 1986–2005 vs. 1850–1900.

** Δ RCP : 2081–2100 vs. 1986–2005.

Adapté de l'IPCC AR5 (2013) Figs. SPM7 & SPM9 et Table TS1.

(76)

À quoi ressemble un climat plus chaud ?

Réchauement plus fort surcontinents, et auxpôles.

Rappel : état moyen

CRU19611990.

Changement normalisé par T globale

Tracé à partir de 93 projectionsCMIP5(multi-modèle et multi-scénario).

Source : Boucher et al., La Météorologie Spécial Climat (2015).

(77)

Réchauement global vs. variabilité interne

Selon le scénario, lesignaldu réchauement émerge plus ou moins tôt du bruit de la variabilité interne.

RCP2.6 |∆Ts 1 K RCP8.5 |∆Ts 4 K

Tracé à partir d'une projection (par scénario) du modèle CNRM-CM5.

Entre 19862005 et 20812100. À ajouter aux 0:6 K entre 18501900 et 19862005.

(78)

Extrêmes de température

Au premier ordre, toute la distribution se décalevers un climat plus chaud.

! Extrêmeschaudsplus probables, extrêmesfroidsmoins probables.

Au second ordre, légers changements de variabilité.

! En Europe, augmentation en été, diminution en hiver.

Vers un été 2003 tous les ans ?

La réponse dépend du scénario et de la dénition de l'événement.

(79)

Extrêmes de température

Au premier ordre, toute la distribution se décalevers un climat plus chaud.

! Extrêmeschaudsplus probables, extrêmesfroidsmoins probables.

Au second ordre, légers changements devariabilité.

! En Europe, augmentation enété, diminution enhiver.

Vers un été 2003 tous les ans ?

La réponse dépend du scénario et de la dénition de l'événement.

(80)

Extrêmes de température

Au premier ordre, toute la distribution se décalevers un climat plus chaud.

! Extrêmeschaudsplus probables, extrêmesfroidsmoins probables.

Au second ordre, légers changements devariabilité.

! En Europe, augmentation enété, diminution enhiver.

Vers un été 2003 tous les ans ?

La réponse dépend du scénario et de la dénition de l'événement.

(81)

Extrêmes de température

Au premier ordre, toute la distribution se décalevers un climat plus chaud.

! Extrêmeschaudsplus probables, extrêmesfroidsmoins probables.

Au second ordre, légers changements devariabilité.

! En Europe, augmentation enété, diminution enhiver.

Vers un été 2003 tous les ans ?

La réponse dépend du scénario et de la dénition de l'événement.

Temperature (°C)

●●

●●

●●

●●

●●

●●

●●

b) Daily T Paris

June July August

1 10 20 1 10 20 1 10 20 30 10

15 20 25 30 35

Average 1961−1990 JJA 2003

Perc. 2070−2099 (RCP8.5) P1 P10 P50 P90 P99

Temp. anomaly wrt. 1961−1990 (°C)

1900 1950 2000 2050 2100

−2 0 2 4 6 8 10

12a) JJA T Europe E−OBS

CMIP5 HIST+RCP8.5 (61 members)

Source : Cattiaux and Ribes (submitted).

(82)

Géographie des changements de précipitations

Au premier ordre,wet get wetter, dry get drier. @Tln(es) =L=RT2. Rappel : état moyen

GPCP19812010.

Changement normalisé par T globale

Tracé à partir de 93 projectionsCMIP5(multi-modèle et multi-scénario).

Source : Boucher et al., La Météorologie Spécial Climat (2015).

(83)

Extrêmes hydrologiques

Les extrêmes suivent l'intensication du cycle hydrologique.

! Augmentation probable des épisodes deprécip intenseset desécheresse (e.g. épisodes cévenols [Ribes et al. (2017)], sécheresses méditerranéennes).

Changements projetés de pluies intenses et de jours secs

Daily precip 20-year RV change per 1°C warming RCP8.5 change in max. 5-day precip RCP8.5 change in consecutive dry days

20812100 vs. 19862005. Adapté de l'IPCC AR5 (2013) Fig. 12.26.

(84)

Cyclones et tempêtes

Cyclones tropicaux

se forment sous certaines conditions atmosphériques et océaniques, puis puisent leur énergie de la surface océanique.

probablementmoins fréquents, maisplus intenses(vents, précips, surcôtes).

Tempêtes extra-tropicales

origine et énergie principalement atmosphérique.

probable décalage vers les pôles, incertitudes sur fréquence/intensité.

Source :NASA Earth Observatory. Source :Atlasde l'Université de Reading.

(85)

Résumé

(86)

Quel temps fera-t-il dans 59 ans ?

(ou plutôt : à quel temps peut-on s'attendre d'ici la n du siècle ?) La réponse dépend du scénario socio-économique (choix politique).

Climat à la carte entreTs 4 K (scénario courant) et 1 K (scénario optimiste).

En France, réchauement légèrement plus fort qu'en global, augmentation des précips en hiver, assèchement des sols en été.

Associé à des changements de proba des événements météo extrêmes.

Deux remarques :

1. Ce n'est pas une raison pour tout attribuer au changement climatique.

2. Il y a un vote dans 3 jours.

(87)

Quel temps fera-t-il dans 59 ans ?

(ou plutôt : à quel temps peut-on s'attendre d'ici la n du siècle ?) La réponse dépend du scénario socio-économique (choix politique).

Climat à la carte entreTs 4 K (scénario courant) et 1 K (scénario optimiste).

En France, réchauement légèrement plus fort qu'en global, augmentation des précips en hiver, assèchement des sols en été.

Associé à des changements de proba des événements météo extrêmes.

Deux remarques :

1. Ce n'est pas une raison pour tout attribuer au changement climatique.

2. Il y a un vote dans 3 jours.

(88)

Quel temps fera-t-il dans 59 ans ?

(ou plutôt : à quel temps peut-on s'attendre d'ici la n du siècle ?) La réponse dépend du scénario socio-économique(choix politique).

Climat à la carte entreTs 4 K(scénario courant) et 1 K(scénario optimiste).

En France, réchauement légèrement plus fort qu'en global, augmentation des précips en hiver, assèchement des sols en été.

Associé à des changements de proba des événements météo extrêmes.

Deux remarques :

1. Ce n'est pas une raison pour tout attribuer au changement climatique.

2. Il y a un vote dans 3 jours.

(89)

Quel temps fera-t-il dans 59 ans ?

(ou plutôt : à quel temps peut-on s'attendre d'ici la n du siècle ?) La réponse dépend du scénario socio-économique(choix politique).

Climat à la carte entreTs 4 K(scénario courant) et 1 K(scénario optimiste).

En France, réchauement légèrement plus fort qu'en global, augmentation des précips en hiver, assèchement des sols en été.

Associé à des changements de proba desévénements météo extrêmes.

Deux remarques :

1. Ce n'est pas une raison pour tout attribuer au changement climatique.

2. Il y a un vote dans 3 jours.

(90)

Quel temps fera-t-il dans 59 ans ?

(ou plutôt : à quel temps peut-on s'attendre d'ici la n du siècle ?) La réponse dépend du scénario socio-économique(choix politique).

Climat à la carte entreTs 4 K(scénario courant) et 1 K(scénario optimiste).

En France, réchauement légèrement plus fort qu'en global, augmentation des précips en hiver, assèchement des sols en été.

Associé à des changements de proba desévénements météo extrêmes.

Deux remarques :

1. Ce n'est pas une raison pour tout attribuer au changement climatique.

2. Il y a un vote dans 3 jours.

(91)

Quel temps fera-t-il dans 59 ans ?

(ou plutôt : à quel temps peut-on s'attendre d'ici la n du siècle ?) La réponse dépend du scénario socio-économique(choix politique).

Climat à la carte entreTs 4 K(scénario courant) et 1 K(scénario optimiste).

En France, réchauement légèrement plus fort qu'en global, augmentation des précips en hiver, assèchement des sols en été.

Associé à des changements de proba desévénements météo extrêmes.

Deux remarques :

1. Ce n'est pas une raison pour tout attribuer au changement climatique.

2. Il y a un vote dans 3 jours.

(92)

Quel temps fera-t-il dans 59 ans ?

(ou plutôt : à quel temps peut-on s'attendre d'ici la n du siècle ?) La réponse dépend du scénario socio-économique(choix politique).

Climat à la carte entreTs 4 K(scénario courant) et 1 K(scénario optimiste).

En France, réchauement légèrement plus fort qu'en global, augmentation des précips en hiver, assèchement des sols en été.

Associé à des changements de proba desévénements météo extrêmes.

Deux remarques :

1. Ce n'est pas une raison pour tout attribuer au changement climatique.

2. Il y a un vote dans 3 jours.

(93)

Un peu de lecture

Eet de serre

Dufresne, J.L. and J. Treiner (2011), L'eet de serre atmosphérique : plus subtil qu'on ne le croit !, La Météorologie, 72, 31-41. (pdf)

Modélisation du climat

Climat, modéliser pour comprendre et anticiper (2013), Plaquette CNRS. (pdf) Changement climatique récent et futur

Planton, S. et al. (2015), Evolution du climat depuis 1850, La Météorologie, 88, 48-55. (pdf) Boucher, O. et al. (2015), Projection des changements climatiques futurs, La Météorologie, 88, 56-68.

(pdf)

Extrêmes météo en changement climatique

Cattiaux, J., F. Chauvin, H. Douville and A. Ribes (2016), Des bulletins météo extrêmes à prévoir, La Recherche, 517. (en ligne)

Une super BD

Saison Brune, par Philippe Squarzoni, ed. Delcourt. (en ligne)

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